基于學(xué)科核心素養(yǎng)的“鈉與水反應(yīng)的微型化實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”

吳寧寧

摘要：鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)的重點(diǎn)。對此，現(xiàn)行人教版化學(xué)教材必修一第三章第1節(jié)提供的實(shí)驗(yàn)方案是：在燒杯中加入適量蒸餾水，再滴加幾滴酚酞試液，向其中投入綠豆大小的鈉，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。方案雖然簡單，但鈉與水反應(yīng)劇烈，且反應(yīng)快而不易控制，比較危險(xiǎn)，浪費(fèi)試劑。此外，這種方案僅能驗(yàn)證其中一種產(chǎn)物，對另一種產(chǎn)物——?dú)錃鉀]有設(shè)計(jì)收集和檢驗(yàn)步驟，僅是通過推理得出，教師不易解釋清楚，學(xué)生也難以理解。因此，我們對之進(jìn)行了改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué) 鈉與水反應(yīng) 微型化實(shí)驗(yàn)

新課改提倡的學(xué)習(xí)觀，要求從重結(jié)果轉(zhuǎn)向重過程，從重知識轉(zhuǎn)向重能力。尤其是信息爆炸的當(dāng)代社會(huì)，對人的能力的要求更高，對于未入社會(huì)的學(xué)生而言，其主要是通過各科學(xué)習(xí)來獲得能力。對于學(xué)校教育教學(xué)應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生哪些能力，目前提倡培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。不同的學(xué)科有不同的知識傳授任務(wù)和核心素養(yǎng)培養(yǎng)任務(wù)，具體到化學(xué)學(xué)科，體現(xiàn)在以下五個(gè)維度：宏觀辨識與微觀探析，變化觀念與平衡思想，證據(jù)推理與模型認(rèn)知，科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。本文主要在此背景下，以鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為載體，探究培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效方法。

為了彌補(bǔ)人教版高中化學(xué)必修一教材中提供的鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案的不足，筆者對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，以期取得更好的教學(xué)效果，同時(shí)將學(xué)科核心素養(yǎng)貫穿其中。

一、實(shí)驗(yàn)原理

2Na+H₂O=（點(diǎn)燃）2NaOH+H2↑

2H₂+O₂=2H₂O

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

1.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案一

（1）儀器

小試管（兩支），雙孔橡皮塞，注射器一支及輸液管一根，蒸發(fā)皿，火柴，水槽，鐵架臺（帶鐵夾）。

（2）試劑

蒸餾水、金屬鈉、酚酞試液、肥皂液。

（3）實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

（4）實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

①用鑷子在一支干燥的小試管內(nèi)壁附上三小塊金屬鈉（總體積不超過綠豆大小），三小塊鈉依次固定在試管內(nèi)壁不同高度處，最下面的一塊鈉到試管底部一定要留有一段距離。將試管固定在鐵架臺上。分別取輸液管管徑較細(xì)的一段和另外一段，插入雙孔橡皮塞，較細(xì)的一根插入試管底部，將橡皮塞塞入試管，用注射器吸入一定量的滴有酚酞試液的蒸餾水，與較細(xì)的輸液管末端相連;另一根末端插入蒸發(fā)皿中的肥皂液。另外，向水槽中注入一定量的蒸餾水備用。

②通過注射器向試管中注入蒸餾水，當(dāng)蒸餾水與試管內(nèi)壁第一塊金屬鈉接觸，發(fā)生第一次反應(yīng)時(shí)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。用火柴靠近蒸發(fā)皿中被吹起的肥皂泡，會(huì)聽到尖銳的爆鳴聲。

③第一次反應(yīng)結(jié)束后，感興趣的學(xué)生可以繼續(xù)通過注射器向試管中注入水，開始第二次反應(yīng)，采用排水法集滿一試管氣體，將試管口靠近燃著的酒精燈，可明顯聽到“噗”的一聲。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，若有金屬鈉剩余，則用注射器將試管中的溶液全部吸出，使反應(yīng)停止，撤去橡皮塞，用鑷子取出剩余的鈉并回收。

（5）改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

①反應(yīng)可控。當(dāng)?shù)谝粔K鈉與水接觸，發(fā)生第一次反應(yīng)時(shí)，學(xué)生若能將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察完整，即可用注射器吸出試管中的水，停止反應(yīng)。若想繼續(xù)，再注入水即可。在一定程度上，本實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)隨開隨用、隨關(guān)隨停。

②節(jié)約試劑。將綠豆大小的鈉分成三塊，分別與水反應(yīng)。第一次反應(yīng)中主要觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，若學(xué)生感興趣便開始第二次反應(yīng)，收集氣體。若不收集氣體，則會(huì)剩余兩塊鈉，節(jié)約試劑。

③現(xiàn)象直觀。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象除常規(guī)的“浮、熔、游、響、紅”外，還可直觀地證明鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生了氣體，且爆鳴聲證明是可燃性氣體。由元素守恒推知應(yīng)為氫氣。

2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案二

（1）儀器

透明的水筆芯（油墨用完），蒸發(fā)皿，火柴，注射器（帶針頭）。

（2）試劑

蒸餾水、金屬鈉、酚酞試液、肥皂液。

（3）實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見圖2。

（4）實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

①將水筆芯在靠近筆頭一端約三分之一處折彎。將筆頭摘掉，用靠近筆頭的一端戳取少量金屬鈉，再迅速將筆頭塞回去。

②用注射器吸取一定量滴有酚酞的蒸餾水，連上針頭。將筆芯沿折痕處折起，角朝上，從開口端用注射器注入一定量水，此時(shí)蒸餾水留在筆芯較長一段處。迅速將筆芯取直，使水流入靠筆頭的部分與鈉接觸，將筆芯折彎，角朝下，開口一端插入肥皂液中，并用點(diǎn)燃的火柴靠近肥皂泡，聽到尖銳的爆鳴聲。

③若需停止實(shí)驗(yàn)，則只需將筆芯沿彎折處成一個(gè)較大角度，開口處垂直朝下，使水流出。由于折痕處較窄，水可以通過，而剩余的固體鈉具有一定的體積，不能通過，從而使二者分離，反應(yīng)停止。

（5）改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

①反應(yīng)可控。筆芯折痕處充當(dāng)開關(guān)，彎折的兩段角度大，水易通過;角度小，水不易通過。這樣，可在一定程度上實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)發(fā)生和停止的控制。

②實(shí)驗(yàn)微型化且裝置簡單。實(shí)驗(yàn)過程中，用筆芯直接戳取金屬鈉，用量小，大大節(jié)約了試劑，且方便學(xué)生自己組建實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

③現(xiàn)象直觀且明顯。采用點(diǎn)燃肥皂泡的方法檢驗(yàn)生成的氣體，現(xiàn)象既直觀又明顯，效果更好，省去了教材中實(shí)驗(yàn)方案的模糊推理。

④廢物利用。學(xué)生用完的廢棄筆芯作為反應(yīng)發(fā)生的儀器，可以提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性，啟發(fā)學(xué)生對廢物再利用的思考，培養(yǎng)自身資源回收再利用及環(huán)保意識。

三、改進(jìn)方案的突出特點(diǎn)

以上兩種改進(jìn)方案具有四個(gè)突出的特點(diǎn)：

第一，避免了教材中對鈉與水反應(yīng)生成氣體的模糊間接推理，將其變成直接而直觀的證明，有利于加強(qiáng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)訓(xùn)練，啟發(fā)學(xué)生思考以后碰到類似問題時(shí)應(yīng)該如何解決，從而實(shí)現(xiàn)知識的遷移和思維能力的鍛煉。

第二，實(shí)驗(yàn)可控，克服了傳統(tǒng)的一次投料必須等其反應(yīng)完全才能停止的弊端，但又需要多次嘗試?yán)迩宀僮髯⒁馐马?xiàng)，比如不能把鈉粒放到試管底部后再加水，否則反應(yīng)太劇烈，鈉容易在試管中燃燒，增加了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。這些都需要經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)才能摸索得到。這個(gè)過程雖然枯燥，但學(xué)生可體驗(yàn)到科學(xué)探究的過程以及科學(xué)探究帶來的樂趣和成就感，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究精神，這是傳統(tǒng)課堂上得不到的體驗(yàn)。

第三，節(jié)約成本。所用到的儀器皆為常見儀器或身邊隨處可見的廢棄物，成本不高，一般學(xué)校均可提供齊全。試劑用量小，這對一些資金相對匱乏的學(xué)校來講非常重要，因?yàn)樵噭儆谙钠罚坏┯猛?，一些?jīng)費(fèi)投入不足的學(xué)校很難做到及時(shí)采購補(bǔ)充。

第四，滲透學(xué)科核心素養(yǎng)。這個(gè)方案可以啟發(fā)學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是可以用實(shí)際生活中的東西解決理論學(xué)習(xí)中遇到的問題，小東西發(fā)揮大作用;二是可以用理論知識解決實(shí)際問題和指導(dǎo)實(shí)踐活動(dòng)。通過這種理念的滲透，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任，將小我的言行與社會(huì)責(zé)任聯(lián)系起來，潛移默化地培育了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

本實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)和具體操作過程帶給筆者最大的感觸是，教學(xué)可以走高端路線，也可以很接地氣，向上向下都可以實(shí)現(xiàn)一定程度的創(chuàng)新，都會(huì)使學(xué)生的知識得到遷移、思維得到訓(xùn)練、情感得到豐富，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

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